Информационные процессы и системы

Информация и информатика

 

ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИИ

Вся жизнь человека так или иначе связана с накоплением и об­работкой информации, которую он получает из окружающего мира, используя пять органов чувств — зрение, слух, вкус, обоняние и осязание. Как научная категория «информация» составляет предмет изучения для самых различных дисциплин: информатики, кибернетики, философии, физики, биологии, теории связи и т. д. Несмотря на это, строгого научного определения, что же такое информация, до настоящего времени не существует, а вместо него обычно используют понятие об информации. Понятия отличаются от определений тем, что разные дисциплины в разных областях науки и техники вкладывают в него разный смысл, с тем чтобы оно в наибольшей степени соответствовало предмету и задачам конкретной дисциплины. Имеется множество определений понятия информации — от наиболее общего философского (информация есть отражение реального мира) до наиболее частного прикладного (информация есть сведения, являющиеся объектом переработки). Вот некоторые из них:

• сообщение, осведомление о положении дел, сведения о чем-либо, передаваемые модели;

■ уменьшаемая, снимаемая неопределенность в результате по­лучения сообщений;

■ передача, отражение разнообразия в любых процессах и объектах, отраженное разнообразие;

■ товар, являющийся объектом купли-продажи знаний для до­стижения определенных целей;

■ данные как результат организации символов в соответствии с установленными правилами;

■ продукт взаимодействия данных и адекватных им методов;

■ сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и про­цессах независимо от формы их представления.

Наряду с названными существуют сотни других, зачастую про­тиворечащих друг другу или взаимоисключающих определений информации. Многообразие этих определений свидетельствуете широте подхода к понятию информации и отражает становление кон­цепции информации в современной науке.

Первоначально смысл слова «информация» (от лат. informatio — разъяснение, изложение) трактовался как нечто присущее только человеческому сознанию и общению: «знания, сведения, сообщения, известия, передаваемые людьми устным, письменным или другим способом». Затем смысл этого слова начал расширяться и обобщаться. Так, с позиций материалистической теории познания одним из всеобщих свойств материи (наряду с движением, развитием, пространством, временем и др.) было признано отражение, заключающееся в способности адекватно отображать одним реальным объектом другие реальные объекты, а сам факт отражения состояний одного объекта в состояниях другого (или просто одного объекта в другом) и означает присутствие в нем информации об отражаемом объекте. Таким образом, как только состояния одного объекта находятся в соответствии с состояниями другого объекта (например, соответствие между положением стрелки вольтметра и напряжением на его клеммах или соответствие между нашим ощущением и реальностью), это значит, что один объект отражает другой, т. е. содержит информацию о другом.

Высшая, специфическая форма отражения — сознание человека. Кроме этого, существуют и другие формы: психика (присущая не только человеку, но и животным, несущая в себе информацию, способную влиять на их эмоциональные состояния и поведение), раздражимость (охватывающая, помимо прочего, растения и простейшие организмы, реагирующие на слабые механические, химические, тепловые контакты с окружающей средой) и самая элементарная форма — запечатление взаимодействия (присущая и неорганической природе, и элементарным частицам, т. е. всей материи вообще) (рис. 1.1).

Так, кусок каменного угля несет в себе «отражение» событий, произошедших в далекие времена, т. е. обладает свойством информативности. Деловое письмо с предложениями сотрудничества ин­формативно, поскольку отражает серьезные намерения определенного учреждения или ведомства. Команда приступить к конкретным действиям (запуску ракеты, отправке груза, производству вычислений и т. п.) содержит информацию о подготовленности соответствующих служб и своевременности предпринимаемых шагов.

 

Информация не является ни материей, ни энергией. В отличие от них она может возникать и исчезать. В указанных примерах информация в куске каменного угля или делового письма может исчезнуть, если исчезнет ее носитель, например сгорит.

Особенность информации заключается в том, что проявляется она только при взаимодействии объектов, причем обмен информацией может совершаться не вообще между любыми объектами, а только между теми из них, которые представляют собой организованную структуру (систему). Элементами этой системы могут быть не только люди: обмен информацией может происходить в животном и растительном мире, между живой и неживой природой, людьми и устройствами. Так, информация, заключенная в куске каменного угля, проявится лишь при взаимодействии с человеком, а растение, получая информацию о свете, днем раскрывает свои ле­пестки, а ночью закрывает их.

Понятие «информация» обычно предполагает наличие двух объектов — «источника» информации и «приемника» (потребителя, адресата) информации (рис. 1.2).

Информация передается от источника к приемнику в матери­ально-энергетической форме в виде сигналов (например, электрических, световых, звуковых и т. д.), распространяющихся в определенной среде.

 

Сигнал (от лат. signum — знак) — физический процесс (явление), несущий сообщение (информацию) о событии или состоянии объекта наблюдения.

Информация может поступать непрерывно или дискретно, т. е. в виде последовательности отдельных сигналов. Соответственно различают непрерывную и дискретную информацию.

Информация — специфический атрибут реального мира, представляющий собой его объективное отражение в виде совокупности сигналов и проявляющийся при взаимодействии с «приемником» информации, позволяющим выделять, регистрировать эти сигналы из окружающего мира и по тому или иному критерию их идентифицировать.

Из этого определения следует, что:

■ информация объективна, так как это свойство материи — от­ражение;

■ информация проявляется в виде сигналов и лишь при взаи­модействии объектов;

■ одна и та же информация различными получателями может быть интерпретирована по-разному, в зависимости от «настройки» «приемника».

Человек воспринимает сигналы посредством органов чувств, которые «идентифицируются» мозгом. Поэтому, например, при наблюдении одного и того же объекта человек с лучшим зрением может получить больше информации об объекте, чем тот, у кого зрение хуже. В то же время при одинаковой остроте зрения в случае, например, прочтения текста на иностранном языке человек, не владеющий этим языком, вообще не получит никакой информации, так как его мозг не сможет ее идентифицировать. Приемники информации в технике воспринимают сигналы с помощью различной измерительной и регистрирующей аппаратуры. При этом приемник, обладающий большей чувствительностью при регистрации сигна­лов и более совершенными алгоритмами их обработки, позволяет получить большие объемы информации.

Информация имеет определенные функции в обществе, основные из которых:

• познавательная, цель которой — получение новой информации. Функция реализуется в основном через такие этапы обращения информации, как:

—ее синтез (производство),

—представление,

—хранение (передача во времени),

—восприятие(потребление);

■ коммуникативная — функция общения людей, реализуемая
через такие этапы обращения информации, как:

—передача (в пространстве),

—распределение;

■ управленческая, цель которой — формирование целесообразного поведения управляемой системы, получающей информацию. Эта функция информации неразрывно связана с познавательной и коммуникативной и реализуется через все основные этапы обращения, включая обработку.

Без информации не может существовать жизнь в любой форме и не могут функционировать созданные человеком любые информационные системы. Без нее биологические и технические системы представляют груду химических элементов. Общение, коммуникации, обмен информацией присущи всем живым существам, нов особой степени — человеку. Будучи аккумулированной и обработанной с определенных позиций, информация дает новые сведения, приводит к новому знанию. Получение информации из окружающего мира, ее анализ и генерирование составляют одну из основных функций человека, отличающую его от остального живого мира.

 

 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ И СИСТЕМЫ

В общем случае роль информации может ограничиваться эмо­циональным воздействием на человека, однако наиболее часто она используется для выработки управляющих воздействий в автоматических (чисто технических) и автоматизированных (человеко-машинных) системах [8]. В подобных системах можно выделить отдельные этапы (фазы) обращения информации, каждый из которых характеризуется определенными действиями.

Последовательность действий, выполняемых с информацией, называют информационным процессом.

Системы, реализующие информационные процессы, называют информационными системами.

Основные этапы (фазы) обращения информации в системах:

■ сбор (восприятие) информации;

■ подготовка (преобразование) информации;

■ передача информации;

■ обработка (преобразование) информации;

■ хранение информации;

■ отображение (воспроизведение) информации.

 

Так как материальным носителем информации является сигнал, то реально это будут этапы обращения и преобразования сигналов (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Этапы обращения информации в автоматизированных системах

На этапе восприятия информации осуществляется целенаправ­ленное извлечение и анализ информации о каком-либо объекте (процессе), в результате чего формируется образ объекта, проводятся его опознание и оценка. Главная задача на этом этапе — отделить полезную информацию от мешающей (шумов), что в ряде случаев связано со значительными трудностями. Простейшим видом восприятия является различение двух противоположных состояний: наличия («да») и отсутствия («нет»), более сложным — измерение.

На этапе подготовки информации осуществляется ее первичное преобразование. На этом этапе проводятся такие операции, как нормализация, аналого-цифровое преобразование, шифрование. Иногда этап подготовки рассматривается как вспомогательный на этапе восприятия. В результате восприятия и подготовки получается сигнал в форме, удобной для передачи, хранения или обработки.

На этапе передачи информация пересылается из одного места в другое (от отправителя получателю-адресату). Передача осуществляется по каналам различной физической природы, самыми распространенными из которых являются электрические, электромагнитные и оптические. Извлечение сигнала на выходе канала, подверженного действию шумов, носит характер вторичного восприятия.

На этапах обработки информации выявляются ее общие и су­щественные взаимозависимости, представляющие интерес для системы. Преобразование информации на этапе обработки (как и на других этапах) осуществляется либо средствами информационной техники, либо человеком.

В общем случае под обработкой информации понимается любое ее преобразование, проводимое по законам логики, математики, а также неформальным правилам, основанным на «здравом смысле», интуиции, обобщенном опыте, сложившихся взглядах и нормах поведения. Результатом обработки является тоже информация, но либо представленная в иных формах (например, упорядоченная по каким-то признакам), либо содержащая ответы на поставленные вопросы (например, решение некоторой задачи). Если процесс обработки формализуем, он может выполняться техническими средствами. Кардинальные сдвиги в этой области произошли благодаря созданию ЭВМ — универсального преобразователя информации, в связи с чем появились понятия данных и обработки данных.

Данные — факты, сведения, представленные в формализованном виде (закодированные), занесенные нате или иные носители и допускающие обработку с помощью специальных технических средств (в первую очередь, ЭВМ).

 

Обработка данных предполагает проведение различных операций над ними, в первую очередь арифметических и логических, для получения новых данных, которые объективно необходимы (например, при подготовке ответственных решений).

На этапе хранения информацию записывают в запоминающее устройство для последующего использования. Для хранения информации используются в основном полупроводниковые, магнитные и оптические носители. Решение задач извлечения хранимой информации (поиска информации) связано с разработкой классификаци­онных признаков и схем размещения хранимой информации, систе­матизацией, правилами доступа к ней, порядком ее пополнения и обновления, т. е. всем тем, что определяет возможность целенаправленного поиска и оперативного извлечения хранимой информации.

Этап отображения информации должен предшествовать этапам, связанным с участием человека. Цель этого этапа — предоставить человеку нужную ему информацию с помощью устройств, способных воздействовать на его органы чувств.

Информационные системы можно классифицировать по различным признакам. Так, по сфере применения информационные системы подразделяются на административные, производственные, учебные, медицинские, военные и др., по территориальному признаку — информационные системы района, города, области и т. п. С точки зрения возможности организации конкретных информационных процессов различают информационно-справочные, информационно-поисковые системы, системы обработки и передачи данных, системы связи.

Большинство автоматизированных информационных систем являются локальными системами и функционируют на уровне предприятий и учреждений. В настоящее время происходит интенсивный процесс интеграции таких систем в корпоративные системы и далее — в региональные и глобальные системы.

Системы более высокого уровня становятся территориально рас­средоточенными, иерархичными как по функциональному принципу, так и по их технической реализации. Обеспечение взаимодействия тер­риториально рассредоточенных систем требует протяженных высокоскоростных и надежных каналов связи, а увеличение объема обрабатываемой информации — ЭВМ высокой производительности. Это приводит к необходимости коллективного использования дорогостоящих средств автоматизации (ЭВМ и линий связи) и обрабатываемой информации (баз данных). Техническое развитие как самих электронных вычислительных машин, так и средств связи позволило решить эту проблему путем перехода к созданию распределенных информационно-вычислительных сетей коллективного пользования.

Централизация различных видов информации в одной сети дает возможность использовать ее для решения широкого спектра задач, связанных с административным управлением, планированием, научными исследованиями, конструкторскими разработками, технологией производства, снабжением, учетом и отчетностью.

Если поставляемая информация извлекается из какого-либо объекта (процесса), а выходная применяется для целенаправленного изменения состояния того же объекта (процесса), причем абонентом, использующим информацию для выбора основных управляющих воздействий (принятия решения), является человек, то такую автоматизированную информационную систему называют автоматизированной системой управления (АСУ).

Управление и информация служат основными понятиями кибернетики — науки об общих принципах управления в различных системах: технических, биологических, социальных и др.

Управление — функция организованных систем различной природы (технических, биологических или социальных), направленная на реализацию их целевых установок и поддержание внутренне присущей им структуры.

Понятие «кибернетика» как научный термин введено в первой половине XIX в. французским физиком Андре Мари Ампером, который назвал кибернетикой (от греч. kybernetike — искусство уп­равления) науку, занимающуюся изучением искусства управления людьми, обществом. В Древней Греции этого титула удостаивались лучшие мастера управления боевыми колесницами. Впоследствии слово «кибернетикос» было заимствовано римлянами — так в латинском языке появилось слово «губернатор» (управляющий про­винцией).

Основоположником кибернетики считается выдающийся аме­риканский математик Норберт Винер (1894—1964), а датой ее рождения — 1948 г., когда Н. Винер опубликовал книгу «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине».

Кибернетика — наука, изучающая с единых позиций связь и управление (самоуправление) в организованных системах лю­бой физической природы.

Сущность кибернетики в самом общем виде может быть выражена основными ее законами, структура и содержание которых приведены на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Состав и содержание общих законов управления

Как следует из рис. 1.4, кибернетическая система (система управления) может рассматриваться как совокупность двух систем — управляющего объекта и объекта управления. При этом управляющая система воздействует на объект управления, подавая на него управляющие сигналы (управляющие воздействия). Для выработки управляющих решений, обеспечивающих достижение цели управления, управляющая система осуществляет сбор информации о текущем состоянии объекта управления (по каналу обратной связи), ее хранение (накопление), а также оценку текущего состояния управляемого объекта с желаемым (соответствующим цели).

Автоматизированные системы управления нашли широкое применение во всех сферах современного общества, в первую очередь как системы управления технологическими процессами и коллективами людей. АСУ технологическими процессами служат для автоматизации различных функций на производстве. Они широко используются при организации поточных линий, изготовлении микросхем, для поддержания технологического цикла в машиностроении и т. п. Информационные системы организационного управления предназначены для автоматизации функций управленческого пер­сонала, например информационные системы управления банками, гостиницами, торговыми фирмами и т. п.